精細(xì)化工過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

周愛(ài)軍

摘 要：新時(shí)期下，精細(xì)化工過(guò)程控制要采用先進(jìn)技術(shù)，改善綜合自動(dòng)化控制水平偏低的現(xiàn)狀，推進(jìn)精細(xì)化工過(guò)程控制技術(shù)步入新的發(fā)展階段。本文分析了精細(xì)化工生產(chǎn)控制需求，提出了精細(xì)化工過(guò)程控制技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，期望對(duì)促進(jìn)精細(xì)化工行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展有所幫助。

關(guān)鍵詞：精細(xì)化工;過(guò)程控制技術(shù);集成控制;智能化

精細(xì)化工是以高新技術(shù)為支撐，生產(chǎn)附加價(jià)值高且具備特定功能產(chǎn)品的化工行業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)精細(xì)化工產(chǎn)品需求量的擴(kuò)增，為精細(xì)化工行業(yè)發(fā)展迎來(lái)了嶄新機(jī)遇。但是，傳統(tǒng)的精細(xì)化工生產(chǎn)模式已經(jīng)難以適應(yīng)批量化生產(chǎn)、精準(zhǔn)控制、快速交貨、產(chǎn)品更新的需求，必須引入先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化過(guò)程控制系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展，提高精細(xì)化工過(guò)程控制的集成化、柔性化、自動(dòng)化、智能化水平。

1精細(xì)化工生產(chǎn)控制需求分析

1.1柔性生產(chǎn)控制需求

精細(xì)化工產(chǎn)品具備種類繁瑣、生產(chǎn)批量小、更新?lián)Q代快、市場(chǎng)壽命短等特點(diǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中需要采用更加高效的生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)速度，增強(qiáng)生產(chǎn)裝置的靈活性和通用性，滿足市場(chǎng)對(duì)化工產(chǎn)品的需求變化[1]。這就要求精細(xì)化工必須運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集手段，研究和開發(fā)控制系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)集成控制批量生產(chǎn)配方，便于迎合市場(chǎng)需求快速開發(fā)設(shè)計(jì)適應(yīng)性產(chǎn)品，建立起相應(yīng)的工藝流程和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)程序，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

1.2先進(jìn)控制策略需求

精細(xì)化工生產(chǎn)采用間歇式生產(chǎn)或者半連續(xù)式生產(chǎn)模式完成批次生產(chǎn)任務(wù)，每一批次生產(chǎn)都需要重新投入物料，重新設(shè)定工藝參數(shù)，使得生產(chǎn)過(guò)程工況呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)化的特點(diǎn)。同時(shí)，精細(xì)化工產(chǎn)品的純度越高，附加值越大，需要采用更加精密的生產(chǎn)工序，并且生產(chǎn)過(guò)程具有不可逆性、操作約束條件多的特點(diǎn)，增加了精細(xì)化工生產(chǎn)控制難度。為滿足精細(xì)化工工藝不斷改良的需求，必須采用迭代學(xué)習(xí)控制、人工智能控制等先進(jìn)控制策略適應(yīng)精細(xì)化工生產(chǎn)發(fā)展需要。

1.3實(shí)時(shí)化集成控制需求

精細(xì)化工生產(chǎn)工藝流程繁雜，操作步驟多，在生產(chǎn)中需要經(jīng)歷多種化學(xué)反應(yīng)，同步產(chǎn)生主產(chǎn)物和多種副產(chǎn)物，而副產(chǎn)物可能是有毒有害物質(zhì)，必須進(jìn)行特殊處理[2]。同時(shí)，精細(xì)化工的工藝介質(zhì)相態(tài)多樣，在生產(chǎn)過(guò)程中若出現(xiàn)操作失誤，不僅會(huì)導(dǎo)致化工產(chǎn)品質(zhì)量不合格，甚至?xí)劤缮a(chǎn)安全事故。為解決上述問(wèn)題，要求精細(xì)化工必須集成控制生產(chǎn)過(guò)程，連續(xù)測(cè)量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)管控。

2精細(xì)化工過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向

基于上述精細(xì)化工生產(chǎn)控制需求變化，精細(xì)化工過(guò)程控制技術(shù)要向集成化、自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、智能化控制技術(shù)過(guò)渡，促進(jìn)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.1集成控制技術(shù)

精細(xì)化工過(guò)程控制采用集成控制策略，綜合考慮生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全指標(biāo)，按照生產(chǎn)工藝流程執(zhí)行離散控制、順序控制、調(diào)節(jié)控制、程序控制、安全保護(hù)控制等多種控制方式，將所有控制集成到統(tǒng)一的控制系統(tǒng)之中，形成一體化的過(guò)程控制體系。如，精細(xì)化工過(guò)程控制引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、總線式模塊以及組態(tài)監(jiān)控軟件，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控精細(xì)化工生產(chǎn)信息;精細(xì)化工過(guò)程控制采用可編程控制器、通信技術(shù)和觸摸屏操控技術(shù)，可視化展示各生產(chǎn)單元的控制信息，滿足控制信息集成管理的需求。

2.2自動(dòng)生產(chǎn)控制技術(shù)

在精細(xì)化工間歇生產(chǎn)過(guò)程中，要采用柔性生產(chǎn)控制系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)品種的變化，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)控制配方，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化工產(chǎn)品的自動(dòng)化批量生產(chǎn)控制。從未來(lái)發(fā)展動(dòng)向上來(lái)看，精細(xì)化工企業(yè)既可以直接引入I/A Batch、Simatic Batch商品化控制配方軟件，也可以基于當(dāng)前控制系統(tǒng)進(jìn)行改良，構(gòu)建自動(dòng)批量生產(chǎn)控制系統(tǒng)。如，精細(xì)化工企業(yè)在分散控制系統(tǒng)上采用結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言、連續(xù)控制功能圖，或者在PLC系統(tǒng)上采用梯形圖編程語(yǔ)言開發(fā)批量生產(chǎn)控制配方，滿足間歇生產(chǎn)過(guò)程的批量生產(chǎn)控制[3]。

2.3實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)

精細(xì)化工生產(chǎn)采用統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）方法，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的異常數(shù)據(jù)，制定有效應(yīng)對(duì)策略，以保證精細(xì)化工生產(chǎn)始終處于受控狀態(tài)。精細(xì)化工采用SPC建立起過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)挖掘中運(yùn)用多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制技術(shù)，能夠滿足生產(chǎn)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求。從精細(xì)化工過(guò)程控制發(fā)展動(dòng)態(tài)來(lái)看，綜合性統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制在精細(xì)化工工況監(jiān)控、復(fù)雜工藝參數(shù)測(cè)量、生產(chǎn)環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、故障診斷等方面具有廣闊的應(yīng)用空間。如，精細(xì)化工在過(guò)程控制系統(tǒng)開發(fā)SPC模塊，結(jié)合采用PCA和PLS方法開發(fā)多變量統(tǒng)計(jì)控制功能，能夠從歷史生產(chǎn)批次中建立起最佳生產(chǎn)工藝模型，設(shè)置報(bào)警線，實(shí)時(shí)監(jiān)控精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量[4]。

2.4智能化生產(chǎn)控制技術(shù)

在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代下，精細(xì)化工即將步入以分散智能和全局協(xié)同優(yōu)化為特征的智能過(guò)程控制階段，推進(jìn)精細(xì)化工生產(chǎn)轉(zhuǎn)型發(fā)展。如，精細(xì)化工領(lǐng)域引入數(shù)字化設(shè)計(jì)的生產(chǎn)設(shè)備，借助仿真軟件平臺(tái)全面優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備過(guò)程控制;精細(xì)化工引入在線分析技術(shù)，包括拉曼光譜檢測(cè)技術(shù)、近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量、有害物質(zhì)排放進(jìn)行檢測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程的智能化控制，不斷提高生產(chǎn)工藝水平;在精細(xì)化工過(guò)程控制中，采用迭代學(xué)習(xí)優(yōu)化控制策略的自學(xué)習(xí)特性，跟蹤控制生產(chǎn)工藝參數(shù)運(yùn)行軌跡，利用總結(jié)的控制經(jīng)驗(yàn)和輸出誤差對(duì)當(dāng)前控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修正，不斷優(yōu)化生產(chǎn)控制過(guò)程，動(dòng)態(tài)監(jiān)控和改進(jìn)精細(xì)化工生產(chǎn)狀態(tài)。

3結(jié)論

綜上所述，精細(xì)化工企業(yè)要結(jié)合批量小、品種多、產(chǎn)品更新?lián)Q代快、工藝流程復(fù)雜、安全性要求高等生產(chǎn)特點(diǎn)，引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，優(yōu)化改良傳統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)的不足，推進(jìn)精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程控制向自動(dòng)化控制、集成化控制、智能化控制方向發(fā)展，不斷提高精細(xì)化工過(guò)程控制水平，助力精細(xì)化工行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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